DE3736259A1 - Einrichtung zur ermittlung des konvertierungsgrads eines katalysators - Google Patents

Einrichtung zur ermittlung des konvertierungsgrads eines katalysators

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.
Die Erzeugung vorgegebener Drehzahlsequenzen dient nach dem sogenannten INCOLL- Verfahren (siehe beispielsweise Klingenberg und Schürmann "Eine Idee zur Überprü­ fung der Effizienz von Abgaskatalysatoren in Personenwagen", MTZ 46 (1985), 261, oder Collin "INCOLL - ein neuer Lösungsweg zur Abgaskontrolle" MTZ 47 (1986), 173) letztlich zur Erzeugung einer für das Meßverfahren geeigneten Rohab­ gasmenge und einer vorgegebenen Temperatur des Katalysators durch Ausnutzung der Massenträgheit der Brennkraftmaschine insbesondere im Leerlauf als Last der Maschine. Bezüglich Einzelheiten wird auf die genannten Literaturstellen verwiesen.
In der Veröffentlichung von Collin ist eine Einrichtung beschrieben, die eine zur Erzeugung der Drehzahlsequenzen vorprogrammierte Zentraleinheit enthält. Diese wird zur Ermittlung des Konvertierungsgrads in das mit der Brennkraftmaschine und dem zu überprüfenden Katalysator ausgerüstete Kraftfahrzeug eingesetzt, wozu außer Verbindungen mit der Abgasanlage der Maschine auch Anschlußvorgänge am Gaspedal und am Kraftstoffsystem (zur Ermittlung der Drehzahl) erforderlich sind. Durch Betätigen des Gaspedals über einen Servomotor, der von der programmier­ ten Zentraleinheit angesteuert wird, werden Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge für den Motor und dadurch die Drehzahlsequenzen erzeugt.
Während dieser programmierten Ansteuerung der Brennkraftmaschine werden die Konzentrationen der interessierenden Abgaskomponenten in der Auspuffanlage der Brennkraftmaschine vor und hinter dem Katalysator ermittelt und in einem Rechner ausgewertet, der den Konvertierungsgrad angibt.
Der besondere Vorteil dieses Incoll-Verfahrens ist darin zu sehen, daß sich der Einsatz eines üblichen Rollenprüfstands erübrigt, der außer dem Nachteil einer ortsgebundenen Überpüfung der Wirkung des Katalysators mit einer Reihe von Meßfehlern behaftet ist; auch in dieser Hinsicht kann auf die an zweiter Stelle genannte Arbeit verwiesen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d. h. unter Wahrung der Vorteile des Incoll-Verfahrens, zu schaffen, die mit geringerem Montage- und Geräteaufwand auskommt als der beschriebene Stand der Technik.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
Die Erfindung nutzt also in vorteilhafter Weise ein ohnehin vorhandenes elektro­ nisches Steuer- und/oder Regelgerät der Brennkraftmaschine zur Ermittlung des Konvertierungsgrads des der Maschine zugeordneten Katalysators aus, indem in einen ohnehin vorhandenen Programmspeicher dieses Geräts auch das Programm zur Ermittlung des Konvertierungsgrads eingespeichert wird, also das Programm zur Erzeugung der Drehzahlsequenzen bzw. gemäß Patentanspruch 3 auch das Programm zur Umschaltung zwischen verschiedenen Luftzahlen.
Derartige elektronische Steuer- und/oder Regelgeräte für Brennkraftmaschinen sind in verschiedenen Ausbildungen bekannt; es wird hier nur auf den Aufsatz von Spies und Knoke "DIGIFANT - ein zukunftsweisendes Konzept zur Steuerung und Regelung eines Otto-Motors", Impulse 5, 1985, Seite 21, verwiesen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren
Fig. 1 den Konvertierungsgrad η eines üblichen Dreiwege-Katalysators in Abhängigkeit von der Luftzahl λ und deren
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Einrichtung wieder­ gibt.
Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist dort der Konvertierungsgrad η eines Dreiwege-Katalysators für die Abgasbestandteile NO x , HC und CO in Abhängigkeit von der Luftzahl λ wiedergegeben. Man erkennt, daß die Maxima der Kurven für die verschiedenen Abgaskomponenten bei unterschiedlichen Werten von λ liegen, nämlich für NO x etwas unterhalb, dagegen für HC und CO oberhalb des stöchiometri­ schen Werts 1,0. Zur Ermittlung des maximalen Konvertierungsgrads für NO x ist daher die Einstellung eines relativ fetten Gemischs (reduzierende Umgebung) erforderlich, während zur Ermittlung der maximalen Konvertierungsgrade für HC und CO ein mageres Gemisch mit einer Luftzahl <1 (oxydierende Umgebung) einge­ stellt werden muß. Hierzu ist, wie noch anhand Fig. 2 beschrieben wird, die erfindungsgemäße Einrichtung so ausgelegt, daß während der Prüfung des Katalysators die Luftzahl λ zwischen zwei λ-Fenstern I und II umgeschaltet wird.
Betrachtet man nun Fig. 2, so ist der bei 1 angeordneten Brennkraftmaschine eine Elektronik 2 zugeordnet, die als Steuer- und/oder Regelgerät für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine mit integrierter Steuereinheit der Einrichtung zur Ermittlung des Konvertierungsgrads des Katalysators in der Abgasleitung 4 der Maschine ausgebildet ist. Wesentliche Bestandteile der Elektronik 2 sind das eigentliche Steuergerät 5, das beispielsweise mit einem Kennfeldspeicher für die optimale Einstellung der Kraftstoffeinspritzmenge über die Einspritzzeit durch den Einspritzregler 6 und für die Gewinnung der Ansteuersignale eines Leerlauf-Füllungs-Reglers 7 ausgerüstet ist. Zusätzlich ist in das Steuergerät 5 bzw. in dessen Speicher das Programm zur Ermittlung des Konvertierungsgrads des Katalysators 3 für die verschiedenen in Fig. 1 vorkommenden Abgaskomponenten integriert. Dieses Programm enthält in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Teilprogramme, nämlich eines zur Erzeugung der Drehzahlsequenzen durch Beeinflus­ sung der der Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb zugeführten Verbrennungs­ luftmenge über den Leerlauf-Füllungs-Regler 7 und eines zur Umschaltung zwischen den beiden λ-Fenstern I und II (siehe Fig. 1) durch Beeinflussung der jeweiligen Einspritzzeit.
Bei 8 ist ein manuell betätigbarer Umschalter angedeutet, der dazu dient, die Elektronik 2 von den Verhältnissen bei üblichem Betrieb der Brennkraftmaschine, also Fahrbetrieb des mit ihr ausgerüsteten Fahrzeugs, auf Prüfbetrieb, nämlich zur Ermittlung des Konvertierungsgrads des Katalysators 3, umzuschalten.
Zu dieser Überprüfung des Katalysators 3 ist es dann nur noch erforderlich, vor und hinter dem Katalysator 3 Leitungen 9 und 10 anzuschließen, die Rohabgas bzw. im Katalysator 3 gereinigtes Abgas Konzentrationsmeßgeräten 11 und 12 zulei­ ten, die Ausgangssignale für die jeweilige Konzentration von NO x , HC und CO an den als Auswerteeinheit dienenden, die Konvertierungsgrade η für diese Abgas­ komponenten ermittelnden Rechner 13 liefern.
Wie auch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zeigt, bietet die Erfindung die Möglichkeit, mit minimalem Montage- und Geräteaufwand eine schnelle und genaue Ermittlung des Konvertierungsgrads eines eingebauten Katalysators vorzuneh­ men.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Ermittlung des Konvertierungsgrads eines im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators mit einer programmierten Steuereinheit zur Erzeugung vorgegebener Drehzahlsequenzen der Brennkraft­ maschine, mit Meßeinrichtungen für die Konzentrationen interessierender Abgaskomponenten vor und hinter dem Katalysator sowie mit einer Auswerteein­ heit für diese Meßwerte, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mit einem elektronischen Steuer- und/oder Regelgerät (2) ausgerüsteten Brennkraftma­ schine (1) die Steuereinheit in das Steuer- und/oder Regelgerät (2) integriert und eine Schaltvorrichtung (8) zur Umschaltung dieses Geräts (2) von normalem Betrieb der Brennkraftmaschine (1) auf Ermittlung des Konvertierungsgrads (η) vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit zumindest teilweise in einen Leerlauf-Füllungsregler (7) der Brennkraft­ maschine (1) integriert ist und die Drehzahlsequenzen durch Beeinflussung der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Verbrennungsluftmenge erzeugt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der maximalen Konvertierungsgrade (η) eines Dreiwegekatalysators (3) für verschiedene Abgaskomponenten (NO x , HC, CO) die Steuereinheit Umschaltungen zwischen über- und unterstöchiometrischen Werten (I, II) der Luftzahl (λ) des in der Brennkraftmaschine (1) zu verbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemischs vornimmt, bei denen die maximalen Konvertierungsgrade (η) für die verschie­ denen Abgaskomponenten (NO x , HC, CO) auftreten.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraft­ maschine (1) mit Kraftstoffeinspritzung die Steuereinheit (2) zumindest teilweise in einen Einspritzmengenregler, insbesondere Einspritzzeitregler (6), integriert ist und die Umschaltungen zwischen den Werten (I, II) der Luftzahl (λ) durch Beeinflussung der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Kraftstoff­ menge vornimmt.
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